试析生料质量对水泥熟料煅烧的影响

试析生料质量对水泥熟料煅烧的影响

李炯、杨巧田

 新泰中联泰丰水泥有限公司 271200

摘要：生料品质是水泥熟料品质的根本，对水泥熟料的烧成热消耗及窑产有重要影响。生料的品质主要有易烧性、均匀性及细度三个方面。通过减少石灰饱和度、减少C3、S含量、提高液相含量等措施来提高易烧性，必然导致水泥熟料强度的下降。文章对几种改性剂的作用机制和应用实例进行了简单探讨，并对如何改善生料均匀度提出了一些见解。

关键词：生料质量；水泥；熟料；煅烧

引言：在水泥生产过程中，熟料锻烧质量好，产量高，能耗低，它与企业的经济效益、市场竞争能力有直接的联系。然而，要达到优质、高产、低耗的熟料锻烧，除了涉及到生产过程的控制、窑炉的工艺管理和操作技术外，生料的质量也起着举足轻重的作用。影响水泥熟料的品质有很多因素，接下来，我们将分别阐述这几个影响熟料锻烧的因素[1]。

一、生料易烧性对熟料锻烧效果的影响

(一)易烧性的概念

在水泥工业中，生料的化学成分、矿物成分及颗粒成分对其烧结率、熟料煤耗及熟料品质有较大的影响。生料可烧性通常是反映水泥的一个重要特性，与水泥的物理化学特性及矿物学特性等有关。随着可燃性的提高，生料的焙烧温度也随之降低2]。一般来讲，在一定的温度（T）下，通过对一定时间（Q）的锻烧后，通过对f-CaO的测定来度量其易烧性，即：f-CaO= f (Q: T)，在温度高于1300℃时，会产生熔融相，易烧性随着f-CaO的增大而降低。可燃性一般由以下两个参数之一来表示。然后，通过准等时线（Q为常量），在一定的温度下，测量f-CaO的含量。氟钙氧含量提高，可燃性下降。F-CaO含量低于1%时，呈现出准等温线（T为常量），其耐火性能下降[3]。

(二)易烧性的影响因素

煤灰和炉子的气体是生料控制的问题，而不是生料本身。但是需要指出的是，很多企业在生产过程中并没有充分考虑到生料的易烧性，只考虑了生料的化学成分、熟料的相态成分，而没有讨论生料的矿物成分、粒度成分等。在反应动力学方面，除了生料的化学成分外，还应考虑生料中的矿物成分，生料中的碳酸盐岩在生料中的分解过程与生料中的碳酸盐岩的类型及粒度密切相关。已有研究表明，碳酸钙分解产生的氧化钙在氧化硅中的扩散活跃度与其缺陷结构的无规性及致密性密切相关，且主要受晶粒尺寸的影响。在不同的材料中，二氧化硅和氧化钙的反应活性却有很大的差异[4]。

(三)提高生料易烧性的主要方法和原则

水泥生料的易烧性是评价水泥原材料和生料的一项关键工艺指标，是正确选择原材料，确定生产工艺方法，选择设备，保证优质高产低耗的关键基础和参数。为了改善生料的易燃性，应对生料的地质，矿物，物理特性进行深入的分析，然后对生料的化学组成、细度、均匀性等对易烧性的影响进行研究[5]。

二、生料均匀度对熟料焙烧效果的影响

(一)生料分布不均对熟料锻烧组织、物理机械性质及窑产的影响

我们知道，高质量的熟料首先体现在其显微结构上，晶体比相对细小，完整，均匀，分布清晰，没有夹杂，没有溶解，中间不存在显著的白色中间体，基质中没有f-CaO或f-CaO含量极低。凡是具有岩相构造的水泥，不但具有较好的安定性和正常的凝固时间，而且在早期和后期都有较高的强度。然而，由于生料的均匀性差，导致在钙质偏高处，f-CaO含量偏高，且在钙质偏低处，则会形成贝利特晶粒，若烧结温度偏低，或降温缓慢，同时，由于水泥颗粒易向R-C2S转化，造成水泥颗粒的碎化率和抗老化性能下降。根据对某些水泥厂所生产的水泥熟料的数学统计，结果表明，在3个率值在基本相同的情况下，而熟料强度和f-CaO有时会发生波动，这一般就是由于生料成分不均匀所导致的。同时，由于原材料成分的不均匀性，导致了烧结体的困难。原因是高含氧化钙生料要求高温，而氧化钙含量低的生料则需要更低的温度，氧化钙含量低的生料，如果不能均匀地分布在不同的位置，就会导致生料的烧结性变差，而且氧化钙含量少的生料容易结块。大量的块状熟料也会对熟料的降温和窑中的通风产生直接的影响，从而使生料与窑中的热量交换量下降。这将造成生产效率的下降，能耗的增加[6]。

(二)生料混匀是一项系统工程

生料的均质是一项系统工程，必须从原燃料的进口入手。现在存在着一种带有普遍意义的误解，即生料均化只要建立生料均化仓库就可以了，这不但是一些生产厂，一些设计单位也是这样。为获得质量均一的优质生料，必须对原材料进行必要的预均处理。所以光说均匀化还不够，尤其是那些成分变化较大的火电厂，如果不重视各个步骤的配合，也无法达到均匀化的目的。怎样才能使含5%氧化钙的钙质矿石经均质池后，将氧化钙的钙含量降到0.2%？对含有5% CaO的石灰石，要以此石灰石的存在状况和品位为依据，实行分区、分阶段开采，再将其进行联合破碎，再将其送入多个石灰石原库中，并采用多库同步放置的方法，用生料磨的研磨方法，在运输途中进行二次搅拌，最后通过均化库进行均匀。此时，可以将石灰石配比粉碎的平均指数（H)=1.5，多点出的平均系数（H）为1.5，研磨工艺的平均系数为2，如果在平均仓库中平均系数为5，那么，整个生料生产过程平均系数（h)=2×1.5×1.5×2×5=45，生料中的石灰石的极差为5.0/45=0.11%。其它诸如粘土生料、燃料等，都应在事先注重均化配比，使各个过程的搅拌效果得到最大程度的发挥，从而实现生料均化。

三、粗料粒度对熟料锻烧效果的影响

目前普遍认为，生料细度的控制有别于水泥，因其水化速率与水泥细度有很大的相关性，故要求生料细度达到10-20微米，故被称为“水化之花”。但也有一些学者提出，细度愈细，对固相反应愈有利。从粗到细，首先对熟料的焙烧组织产生影响。生料的粒度对生料的易烧性有较大的影响，尤其是200 um以上的生料，对生料的易烧性有较大的影响。细粒度和粗粒度都会引起岩石结构的变化，在阿利特周围可以清楚地看到一堆堆没有被吸附的氧化钙，有些氧化钙还被阿利特包裹着，从而影响了水泥的品质。导致烧结性较差，矿化反应速度较慢，需高温锻烧才能实现烧结性，且会导致F-CaO含量增加，热量消耗增加，窑产减少。不过，细度太细，也不是一件好事，会影响到磨盘的效率，所以，也没有必要把生料磨得太细。

结论：

由以上分析可知，生料的易烧性、生料的均匀性以及生料的细度对熟料的锻烧有很大影响。对于立窑来说，生料的球化特性对熟料锻烧有一定的影响；在生料中添加矿化剂是提高生料易燃性的最佳方法；要改善生料的均匀性，单凭生料均匀性是不行的，要从采取生料、送料开始，要在生料进入工厂前，使各个过程都能充分发挥其拌和效果；对生料细度的控制，重点是对粗粒级石英的控制，并应在适当的范围内进行；提高机立窑生料的造球性，关键是要有合适的粘土可塑性，要有合理的工艺控制。

参考文献：

[1]王伟,刘旭月,李波,刘薇薇,潘沛. 二氧化硅性能及对水泥熟料煅烧的影响[J]. 水泥技术,2020,(06):86-89.

[2]霍帅. 氧化镁对水泥熟料煅烧和水泥水化的影响[J]. 居舍,2018,(36):173.

[3]徐信文. 水泥熟料煅烧和水泥水化受氧化镁的影响分析[J]. 中国石油和化工标准与质量,2017,37(09):102-103.

[4]张泗强,赵会. 脱硫灰对水泥熟料煅烧的影响及对策[J]. 新世纪水泥导报,2011,17(02):50-52.

[5]张伟霞,王在颖,秦玉俊. 氧化镁对水泥熟料煅烧和水泥水化的影响[J]. 四川水泥,2016,(05):5.

[6]贺烽,蔡玉良,陈蕾. 氧化镁对水泥熟料煅烧和水泥水化的影响[J]. 中国水泥,2013,(09):95-98.